应用CRISPR/Cas9技术创制低直链淀粉含量水稻种质

Wx基因直接控制水稻胚乳直链淀粉的合成,进而影响胶稠度等多个品质指标,是控制稻米食味的主效基因。适当降低稻米的直链淀粉含量可改善稻米品质。吉丰B是籼型优质杂交稻保持系,直链淀粉含量偏高,影响组配后代的食味品质。本研究以吉丰B为试验材料,对Wx基因编码区上游序列进行编辑,以期获得Wx基因表达下调,直链淀粉含量降低的水稻种质。以农杆菌为介导进行转基因,获得9个转基因株系,从后代中筛到2个大片段缺失的变异株系L8和L9。它们的Wx基因表达大幅下调,直链淀粉含量极显著降低,胶稠度和食味品质也有所改善。L8和L9糙米外观有很大差异,L8与糯米相近,L9与粘米类似。综上所述,本研究利用CRISPR/Cas9技术编辑Wx基因编码区上游序列,获得两份低直链淀粉含量水稻种质,该结果为稻米品质改良研究提供了参考。     

CRISPR/Cas9技术编辑Wx基因创制新型糯稻种质北大核心CSCD

控制水稻胚乳直链淀粉合成的Wx基因是决定稻米蒸煮食味品质的主效基因。适当降低稻米的直链淀粉含量可显著提高稻米蒸煮食味品质。编辑Wx基因编码的GBSSI蛋白C末端非关键位点有望微调其酶活性和胚乳直链淀粉含量,进而改良稻米蒸煮食味品质。在未检测到关键结构域和位点的Wx基因3′端设计靶位点T1和T2(分别位于Wx基因第12和第13外显子),利用CRISPR/Cas9技术进行编辑。通过PCR和测序筛选获得纯合突变株系,用表观直链淀粉含量测定、凝胶渗透色谱、Western Blot和qRT-PCR等技术分析其对水稻胚乳直链淀粉合成和Wx基因表达的影响。共获得8种保留GBSSI主要结构域的纯合突变系C1~C8。其中,C2和C3中推测翻译的GBSSI蛋白仅有第518~550/551位密码子发生移码;C1、C4~C8中推测翻译的GBSSI蛋白分别从第551位和第517/518位密码子开始移码。C1~C8米粉中表观直链淀粉含量显著降低,从野生型的16.79%下降到3.69%~4.44%,但均稍高于含自然突变wx基因的糯稻近等基因系的2.92%。GPC结果显示,突变系中无直链淀粉合成,但其支链淀粉中长链(Ap2)的链长均长于糯稻近等基因系wx。qRT-PCR和Western Blot结果显示,C1~C8发育种子中Wx基因的转录水平无显著变化,但除C2和C3有一定量GBSSI蛋白表达外,其他纯合系中均无GBSSI蛋白表达。综上所述,本研究通过CRISPR/Cas9技术创建了淀粉精细结构略区别于常规糯稻的新型糯稻种质C1~C8,为水稻品质改良提供了新种质。同时也证明GBSSI蛋白C末端第518~551位氨基酸对其酶活性的形成有重要影响。这些结果为进一步解析GBSSI蛋白的结构以实现其精准编辑提供了参考。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术水稻育种应用的实验教学设计

CRISPR/Cas9基因编辑技术在作物育种中已具有重要的应用价值,理解与掌握该项技术能够为生物学、农学等专业的学生从事相关科研工作打好基础。为了将CRISPR/Cas9技术融入高校的实验教学中,设计开发了一个创新性教学实验“利用CRISPR/Cas9技术提高水稻植株的白叶枯病抗性”。该实验有助于学生更好地理解CRISPR/Cas9技术原理,掌握其操作流程和方法,学习应用该技术对水稻进行定向分子育种改良。在拓展学生知识和技能的同时,推进实验教学的改革与创新。     

CRISPR/Cas9技术编辑OsRhoGDI2基因导致水稻半矮化

OsRhoGDI2是通过酵母双杂交从水稻幼穗中分离的一个与Rho蛋白家族成员OsRacD相互作用蛋白的编码基因,但功能尚不明确。本研究利用CRISPR/Cas9技术创制水稻OsRhoGDI2基因敲除突变体。检测结果表明,转基因水稻T0代获得2种纯合突变体,T1代获得8种纯合突变体。序列分析显示,在敲除水稻中,该基因的编辑靶点附近发生了碱基的替换或缺失,预期生成丧失RhoGDI保守结构域的截短蛋白。表型比对分析发现,敲除水稻与对照相比,株高显著降低,统计学分析结果显示,敲除水稻株高降低源于第Ⅱ和第Ⅲ茎节的缩短,提示OsRhoGDI2基因可能与水稻株高控制相关。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑水稻ROP基因OsRac5

OsRac5基因属于水稻小G蛋白ROP家族。该基因参与了水稻的育性调节,但是OsRac5在水稻生长发育中的作用尚不清楚。为鉴定该基因的功能,本文采用CRISPR/Cas9基因组编辑技术,构建了该基因的双靶标载体Cas9-OsRac5,并对水稻进行了遗传转化。对转基因水稻的筛选和分子鉴定显示,在T1代获得了10个纯合突变株系。序列分析显示,在OsRac5编辑水稻中,该基因编码区发生了碱基缺失或/和插入,导致预期产生的不同类型OsRac5截短蛋白均丧失小G蛋白的保守结构域。对抽穗期OsRac5编辑水稻的表型进行统计学分析,结果显示,OsRac5编辑水稻与对照在剑叶角度以及剑叶净光合速率上存在极显著差异,其中OsRac5编辑水稻剑叶角度增大67%,剑叶净光合速率减小32.7%。本研究结果提示,OsRac5基因通过调控剑叶角度,影响水稻光合效率,与水稻生长发育密切相关。     

CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术

规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR)协同其相关蛋白Cas组成了细菌和古细菌的获得性免疫系统。利用该系统可以对外来某一特定单链或双链DNA实施高度特异性沉默或降解的特性,近年来对基因组进行精确定点编辑的CRISPR/Cas系统迅速发展。着重介绍了CRISPR/Cas系统的研究历史、结构、分类及作用机制,并分析讨论了现阶段以Cas9为核心的Ⅱ型系统在应用方面存在的问题及前景。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在食用菌中的应用现状

CRISPR/Cas9基因编辑系统是一项通用的基因修饰技术,是植物、动物、真菌以及微生物的功能基因和遗传育种研究的重要技术。本文介绍了该技术在食用真菌的基因研究和遗传育种中的应用现状,包括Cas9和sgRNA的递送和表达策略、遗传转化方法、突变体筛选以及DNA双链断裂后的靶位点的修复策略。同时总结了该技术在食用菌中应用所面临的主要问题及其优化策略,并结合个人研究背景展望了其未来在食用菌研究中的应用价值。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在丝状真菌中的应用

随着对丝状真菌基因水平研究的不断深入,CRISPR/Cas9技术作为先进的基因编辑技术,已被广泛应用于丝状真菌的基因编辑。探究了CRISPR/Cas9系统在不同丝状真菌中的应用情况,主要从sgRNA的构建与表达、Cas9蛋白的改造与表达、不同的DNA双链断裂修复（DNA double-strand break,DSB）方式等方面进行概述,并对编辑效率、脱靶效应进行总结,旨在为今后丝状真菌中CRISPR/Cas9系统的构建及改良提供思路。     

利用CRISPR/Cas9技术构建基因编辑大鼠模型

RNA介导的CRISPR/Cas9基因编辑系统由单链引导RNA(sgRNA)与核酸酶Cas9构成。在细胞内,sgRNA能够按照碱基互补配对的原则引导Cas9与靶点结合,由Cas9切割目标DNA,造成双链DNA断裂(double stranded break, DSB)。在随后的DNA修复过程中,细胞主要进行非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)或在有修复模板存在的情况下进行重组修复(homology directed repair, HDR)。如果将CRISPR/Cas9系统以及修复模板通过显微注射的方式导入大鼠的胚胎内,就能借助细胞的修复机制实现大鼠胚胎的基因编辑,由此构建各种基因修饰大鼠模型。本文详细介绍了利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建大鼠模型的具体操作步骤,以期为相关领域的科研人员提供一种大鼠基因修饰模型的构建方法。     

CRISPR/Cas基因编辑系统研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)的发现和工程技术对生命科学的发展带来巨大的推动作用。RNA引导的Cas(CRISPR-associated)酶已被用作操纵细胞、动物和植物基因组的工具。这加速了基础研究的步伐,并使其在临床和农业上的应用成为可能。CRISPR/Cas9对在实验系统中进行的功能基因组学的研究有重大影响。CRISPR/Cas9系统自发现以来,因其操作便捷、成本低、特异性高、可同时打靶任意数量基因等优点而被广泛应用。经过近几年研究发现,Cas9变异体(Cas12a、Cas13)有利于突破和克服CRISPR/Cas9应用中的一些限制,Cas12a极大地扩展了基因编辑靶位点的选择范围,同时其介导的多基因编辑具有明显的优势;Cas13等蛋白能特异性结合和编辑RNA,开启了转录组研究的新篇章。本文主要就CRISPR/Cas的研究背景以及Cas9、Cas12a和Cas13系统研究进展和应用进行综述,并对其应用前景和发展方向进行了展望。     

CRISPR/Cas9与心血管疾病

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9(CRISPR-associated proteins)作为一种新型基因组编辑技术,为解释疾病的发生机制和治疗疾病提供了新方法。来自Ⅱ型原核CRISPR系统的CRISPR/Cas9能够通过单链向导RNA(single guide RNA, sgRNA)将Cas9核酸酶靶定到特定的基因组序列发挥作用。已经被成功用来进行基因编辑构建疾病模型,以进行相关领域的功能研究和疾病的治疗。CRISPR/Cas9技术正在迅速的应用于生物医学研究的各个领域,包括心血管领域,它促进了人们对电生理、心肌病、心律失常以及其他心血管疾病的更多了解,已经创建了靶向很多基因的细胞和动物模型,为新一类疗法打开了大门。本综述介绍了CRISPR/Cas9的作用原理、优点和局限性,以及在心血管疾病中的应用进展。     

Mosaicism in CRISPR/Cas9-mediated genome editing

The CRISPR/Cas9 system is a rapid, simple, and often extremely efficient gene editing method. This method has been used in a variety of organisms and cell types over the past several years. However, using this technology for generating gene-edited animals involves a number of obstacles. One such obstacle is mosaicism, which is common in founder animals. This is especially the case when the CRISPR/Cas9 system is used in embryos. Here we review the pros and cons of mosaic mutations of gene-edited animals caused by using the CRISPR/Cas9 system in embryos. Furthermore, we will discuss the mechanisms underlying mosaic mutations resulting from the CRISPR/Cas9 system, as well as the possible strategies for reducing mosaicism. By developing ways to overcome mosaic mutations when using CRISPR/Cas9, genotyping for germline gene disruptions should become more reliable. This achievement will pave the way for using the CRISPR technology in the research and clinical applications where mosaicism is an issue.     

CRISPR/Cas9:基因编辑的新时代

基因编辑技术是通过核酸内切酶对基因组DNA进行定向改造的技术,可以实现对特定DNA碱基的缺失、替换等,常用的四种基因编辑工具分别是:巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及CRISPR/Cas9系统.其中CRISPR/Cas9系统作为一种新型的基因组编辑技术具有组成简单、特异性好、切割效率高的优点.该文对...     

CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。     

CRISPR/Cas9 and Genome Editing in Drosophila

Recent advances in our ability to design DNA binding factors with specificity for desired sequences have resulted in a revolution in genetic engineering, enabling directed changes to the genome to be made relatively easily. Traditional techniques for generating genetic mutations in most organisms have relied on selection from large pools of randomly induced mutations for those of particular interest, or time-consuming gene targeting by homologous recombination. Drosophila melanogaster has always been at the forefront of genetic analysis, and application of these new genome editing techniques to this organism will revolutionise our approach to performing analysis of gene function in the future. We discuss the recent techniques that apply the CRISPR/Cas9 system to Drosophila, highlight potential uses for this technology and speculate upon the future of genome engineering in this model organism.     

Efficient generation of genome-modified mice via offset-nicking by CRISPR/Cas system

The mammalian zygote-mediated CRISPR/Cas system can efficiently generate targeted genome-modified animals. However, this system is limited by the risk of off-target mutations. Here we show that offset-nicking by Cas9 nickase and paired gRNAs allows us to generate region deleted mice and targeted knock-in mice without off-target mutations.     

Efficient gene editing in adult mouse livers via adenoviral delivery of CRISPR/Cas9

We developed an adenovirus-based CRISPR/Cas9 system for gene editing in vivo. In the liver, we demonstrated that the system could reach the level of tissue-specific gene knockout, resulting in phenotypic changes. Given the wide spectrum of cell types susceptible to adenoviral infection, and the fact that adenoviral genome rarely integrates into its host cell genome, we believe the adenovirus-based CRISPR/Cas9 system will find applications in a variety of experimental settings.     

Locus-specific integration of extrachromosomal transgenes in C. elegans with the CRISPR/Cas9 system

We established a method to generate integration from extrachromosomal arrays with the CRISPR/Cas9 system. Multi-copy transgenes were integrated into the defined loci of chromosomes by this method, while a multi-copy transgene is integrated into random loci by previous methods, such as UV- and gamma-irradiation. The effects of a combination of sgRNAs, which define the cleavage sites in extrachromosomes and chromosomes, and the copy number of potential cleavable sequences were examined. The relative copy number of cleavable sequences in extrachromosomes affects the frequency of fertile F1 transgenic animals. The expression levels of the reporter gene were almost proportional to the copy numbers of the integrated sequences at the same integration site. The technique is applicable to the transgenic strains abundantly stored and shared among the C. elegans community, particularly when researchers use sgRNAs against common plasmid sequences such as β-lactamase.     

CRISPR /Cas9基因编辑技术在山羊和绵羊中的应用研究进展

CRISPR/Cas9系统是近年来新兴的一种基因编辑技术,可将特定DNA基因序列敲除、插入或定点突变,具有快捷、高效、精准、特异性高等特点,广泛地应用于遗传育种、生物医药和基因工程等研究领域。山羊和绵羊是重要的经济家畜动物和实验动物,利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对羊进行遗传修饰,将加速品种改良,提高动物生产性能,获得更加优质的农副产品。主要对CRISPR/Cas9基因编辑技术的概述、作用机理及在羊乳"人源化"改造、提高肉品质、改善毛纤维质量等方面的应用研究进展及发展前景作简要阐述,以期为相关科研人员提供参考。